[发明专利]三维堆叠结构SIW双工器

权利要求书

1.一种三维堆叠结构SIW双工器，包括：多层介质基板上的发射叠层SIW滤波器（4）、接收叠层SIW滤波器（5）、发射输出信号平面传输线（6）、接收输入信号平面传输线（7）、收发合路信号平面传输线（8）、发射输入信号平面传输线（9）、接收输出信号平面传输线（10），其特征在于：发射信号输入端面（1）、接收信号输出端面（2）、收发信号共用端面（3）分别位于SIW双工器的纵向侧壁处，其中发射信号输入端面（1）和接收信号输出端面（2）位于SIW双工器的底层，收发信号共用端面（3）位于SIW双工器的顶层，构成了能够实现收发信号全双工垂直传输的异面传输结构；发射叠层SIW滤波器（4）和接收叠层SIW滤波器（5）均由设置在各介质层中矩形排列的金属化通孔（11）构成的SIW谐振腔垂直堆叠组成；发射输出信号平面传输线（6）、接收输入信号平面传输线（7）位于SIW双工器顶层金属面，且发射输出信号平面传输线（6）通过发射叠层SIW滤波器（4）的输出延出，接收输入信号平面传输线（7）通过叠层SIW滤波器（5）的输入延出，相向90度弯折，与顶层收发合路信号平面传输线（8）形成T形结构，引出至顶层收发信号共用端面（3）；发射输入信号平面传输线（9）、接收输出信号平面传输线（10）位于SIW双工器底层金属面，呈平行关系地将发射叠层SIW滤波器（4）和接收叠层SIW滤波器（5）的输入和输出分别引出至底层SIW双工器分隔排列的发射信号输入端面（1）与接收信号输出端面（2），从而形成符合毫米波频段下瓦片式有源相控阵天线实际应用需求的三维堆叠结构SIW双工器。

2.如权利要求1所述的三维堆叠结构SIW双工器，其特征在于：三维堆叠结构SIW双工器可通过硅基MEMS、HTCC、LTCC和多层PCB任意多层介质基板加工工艺来具体实现。

3.如权利要求1所述的三维堆叠结构SIW双工器，其特征在于：收发叠层SIW滤波器至少采用3层SIW谐振腔堆叠结构，在工艺条件的允许下，或根据微波毫米波系统对SIW双工器的指标要求采用任意不同的堆叠层数。

4.如权利要求1所述的三维堆叠结构SIW双工器，其特征在于：位于SIW双工器顶层的发射输出信号平面传输线（6）和接收输入信号平面传输线（7），采用阻抗均为50欧姆的接地共面波导传输线（CPWG）的形式传输信号，或兼容微波毫米波系统的实际需求，选用其他类型平面传输线如微带线、带状线的形式。

5.如权利要求1所述的三维堆叠结构SIW双工器，其特征在于：发射输出信号平面传输线（6）的长度约为接收叠层SIW滤波器（5）中心频率的1/4波导波长，接收输入信号平面传输线（7）约为发射叠层SIW滤波器（4）中心频率的1/4波导波长；发射输出信号平面传输线（6）和接收输入信号平面传输线（7）经过一次90度对向弯折后汇合构成的U型结构，通过特征阻抗为50欧姆的收发合路信号平面传输线（8）引出至收发信号共用端面（3）。

6.如权利要求1所述的三维堆叠结构SIW双工器，其特征在于：收发合路信号平面传输线（8）长度小于300μm且在工艺条件允许下越短越好，以减小整个三维堆叠结构的SIW双工器的尺寸。

7.如权利要求1所述的三维堆叠结构SIW双工器，其特征在于：位于SIW双工器底层且呈平行关系，特征阻抗均为50欧姆的发射输入信号平面传输线（9）和接收输出信号平面传输线（10），采用接地共面波导传输线（CPWG）的形式传输信号，或兼容微波毫米波系统实际需求，选用其他类型平面传输线如微带线、带状线的形式；发射输入信号平面传输线（9）和接收输出信号平面传输线（10）分别延长引出至底层的发射信号输入端面（1）与接收信号输出端面（2）。

8.如权利要求1所述的三维堆叠结构SIW双工器，其特征在于：发射叠层SIW滤波器（4）和接收叠层SIW滤波器（5）中的信号通过各层SIW矩形谐振腔间的耦合缝隙（12）进行垂直耦合传输，各层SIW矩形谐振腔的尺寸相同且在Z轴方向完全对齐。

9.如权利要求1所述的三维堆叠结构SIW双工器，其特征在于：根据SIW谐振器的相关理论知识，采用TE_m0n模为主模的谐振模式，获得由SIW矩形谐振腔的长度和宽度决定的矩形谐振器的谐振频率即收发叠层SIW滤波器的中心频率f₀：

式中，c₀为真空中光速，为介质的介电常数，W_eff和L_eff分别为SIW矩形谐振腔修正后的有效宽度和长度。